孫佰順 武傳佳 李洪亮

無線液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計

孫佰順 武傳佳 李洪亮

Point

輸液速度的快慢直接影響藥效以及患者生命安全。臨床上人為監(jiān)控誤差大、可操作性差，使得輸液速度很難實(shí)時控制。本文設(shè)計的液體的點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置利用紅外傳感器實(shí)時檢測輸液的速度，將采集的點(diǎn)滴速度實(shí)時無線傳輸給控制中心，控制中心通過與設(shè)定速度比對發(fā)出無線控制信號，來調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)液體的流速，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度自動調(diào)節(jié)。本設(shè)計只需將速度檢測和速度調(diào)節(jié)部分固定在一次輸液器上即可使用，無需專用輸液器，也可擴(kuò)展應(yīng)用到其他液體速度監(jiān)控裝置領(lǐng)域。

點(diǎn)滴輸液是臨床上最為常見的治療方法之一，大部分藥物的輸液速度都有嚴(yán)格的規(guī)范。由于在輸液前人工控制速度存在誤差，在輸液過程中人工監(jiān)護(hù)輸液速度工作量大很難保證輸液的速度。目前的研制點(diǎn)滴液體速度監(jiān)控裝置大多都為有線檢測裝置且需要通過輸液瓶的高度來調(diào)節(jié)點(diǎn)滴的速度，這些點(diǎn)滴輸液器需要專用的輸液器使得輸液成本加大，很難在醫(yī)療市場推廣。為了解決以上問題，本文設(shè)計了一款無線液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置。該系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為控制中心，采用紅外發(fā)射接收對管裝置檢測液滴速度，并實(shí)時將檢測的速度值無線發(fā)送給控制中心，控制中心根據(jù)傳輸?shù)乃俣戎祦韺?shí)時發(fā)送控制信號給液體調(diào)速模塊來實(shí)時調(diào)節(jié)液體流速，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴流速自動監(jiān)控的目的。

1.硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計，如圖1所示，包括速度檢測、控制中心、速度調(diào)節(jié)三個模塊。每個某塊都是一個獨(dú)立的系統(tǒng)均可以獨(dú)立工作。速度檢測部分檢測輸液速度值并將速度信號實(shí)時傳輸給控制中心；控制中心部分主要負(fù)責(zé)接收檢測部分的速度數(shù)據(jù)信號，根據(jù)接收的速度值來判斷是否需要調(diào)速，若需要調(diào)速則向速度調(diào)節(jié)模塊發(fā)送速度調(diào)節(jié)模塊信號；速度調(diào)節(jié)再接收到速度調(diào)節(jié)信號后，判斷是速度增加還是減少信號然后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)液體流速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)滾輪來增加或減少點(diǎn)滴輸液速度。

圖1 硬件原理框圖

1.1 控制中心電路

控制中心包括無線收發(fā)模塊、電源、單片機(jī)、按鍵以及顯示五部分電路組成。電源電路為電路提供穩(wěn)定的電源。本系統(tǒng)采用單片機(jī)是價格低廉、可操作性強(qiáng)的STC89C52單片，單片機(jī)是整個控制中心的核心，它將速度檢測發(fā)送來的信號進(jìn)行處理去除一些干擾信號，并將無線傳輸來的速度信號與設(shè)定的速度信號進(jìn)行運(yùn)算來判斷是增加速度還是減少速度；并將速度控制信號通過無線收發(fā)模塊發(fā)送液體流速調(diào)節(jié)模塊；無線收發(fā)模塊采用成本較低，性能穩(wěn)定的CC1000芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸；通過按鍵電路可以根據(jù)輸液要求設(shè)置點(diǎn)滴的輸液速度；利用LM1602型LCD實(shí)時顯示點(diǎn)滴速度。

1.2 檢測電路

點(diǎn)滴的流速檢測電路采用精度高、反應(yīng)快、非接觸的光電檢測方法來檢測點(diǎn)滴的液體流速。點(diǎn)滴速度檢測電路如圖2所示，當(dāng)沒有液滴落下時接收管D2會接收到光束，三極管Q1截止，out端輸出高電平；當(dāng)有液滴落下時，液滴會阻擋發(fā)射管與接收管之間的光路，使接收管D2接收不到光束，Q1飽和導(dǎo)通，out端輸出低電平。out端輸出的高電平經(jīng)P1接口傳輸給計數(shù)電路，由計數(shù)電路計數(shù)并累加，記下一段時間內(nèi)液滴下落的滴數(shù)，這樣就能算出點(diǎn)滴的速度，計算出的點(diǎn)滴速度將會實(shí)時通過無線傳輸芯片傳輸給控制中心。

圖2 液滴速度檢測電路

1.3 速度調(diào)節(jié)電路

點(diǎn)滴速度可以通過調(diào)節(jié)輸液瓶的高度和液體流速調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)點(diǎn)滴輸液速度。前者調(diào)節(jié)的速度受縱向空間的限制，液體流速調(diào)節(jié)范圍小，且其機(jī)械裝置復(fù)雜不易操作無法在臨床上廣泛推廣。后者─液體流速調(diào)節(jié)器進(jìn)無需改變輸液瓶的高度，只需滾動液體流速調(diào)節(jié)器的滾輪就可調(diào)節(jié)液體的流速。本系統(tǒng)設(shè)計的速度調(diào)節(jié)電路主要包括無線收發(fā)模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路、電源三部分組成。無線收發(fā)模塊接收控制中心發(fā)來的數(shù)據(jù)控制信號，數(shù)據(jù)控制信號傳輸給電機(jī)驅(qū)動電路，驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)器的滾輪前后移動來調(diào)節(jié)液體的流速。由于步進(jìn)電機(jī)行程控制精準(zhǔn)，正反轉(zhuǎn)只需改變控制線的通電順序即可實(shí)現(xiàn)，故通過點(diǎn)滴的流速調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)液體精準(zhǔn)流速控制。

2.軟件設(shè)計

如圖所示，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要包括數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)處理、按鍵、顯示四個模塊，主程序只需調(diào)用各個模塊即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。數(shù)據(jù)收發(fā)程序主要工作原理為數(shù)據(jù)接收程序不斷掃描接收來自速度檢測電路的無線信號；數(shù)據(jù)發(fā)送程序負(fù)責(zé)將速度控制信號無線傳輸給速度調(diào)節(jié)電路。數(shù)值處理模塊主要負(fù)責(zé)將來自的速度檢測的速度信號濾波以濾除干擾信號，并將檢測的速度與設(shè)定速度運(yùn)算得出兩者的大小關(guān)系，若兩者相等則不發(fā)出調(diào)速控制信號；若檢測速度大于設(shè)定速度則發(fā)出降低速度控制信號；若檢測速度小于設(shè)定速度則發(fā)出增加速度控制信號；若檢測速度為零則發(fā)出拔針信號。按鍵某塊主要負(fù)責(zé)點(diǎn)滴的流速設(shè)置以及拔針信號的清除工作。顯示模塊負(fù)責(zé)顯示設(shè)定流速值、當(dāng)前流速值以及拔針信號。

圖3 軟件設(shè)計

小結(jié)

本文設(shè)計一款無線點(diǎn)滴流速自動監(jiān)控裝置可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴的流速自動監(jiān)控。系統(tǒng)采用無線模塊化設(shè)計，每個模塊均可獨(dú)立工作。該裝置無需設(shè)計專業(yè)輸液器，使用時只需將無線流速檢測和流速調(diào)節(jié)模塊固定在一次輸液器上即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴流速的自動監(jiān)控功能。該系統(tǒng)采用流速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)點(diǎn)滴流速具有調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)速率快以及調(diào)節(jié)速度范圍大等特點(diǎn)，具有較好的醫(yī)療市場發(fā)展前景。

（作者單位：孫佰順，吉林醫(yī)藥學(xué)院；武傳佳，吉林市中心醫(yī)院；李洪亮，吉林醫(yī)藥學(xué)院）